JP2013030627A - Photoelectric conversion device - Google Patents

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Kazuji Ishiki
和司 石木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To mount a bypass diode on a photoelectric conversion device without degrading a power generation coefficient per installation area.SOLUTION: In a region where a photoelectric conversion unit 102 is formed, a photoelectric conversion cell is connected to a bypass diode 114 through a tab electrode 107 formed from conductive tape.

Description

本発明は、光電変換装置に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device.

太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。   As a power generation system using sunlight, a photoelectric conversion device in which semiconductor thin films such as amorphous and microcrystals are stacked is used.

光電変換装置では、複数の光電変換セルを直並列に接続して実用的な電気出力を取り出せる構成とされている。具体的には、複数の光電変換セルを接続して透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)などを主成分とする充填材で封入して光電変換モジュールが形成されている。このような光電変換モジュールを屋外に設置した場合、光電変換モジュール内のある1つの光電変換セルが何かの影になったときなどで発電が不十分になった場合、その光電変換セルは抵抗となる。このとき、光電変換セルの両電極にはその抵抗値と流れる電流の積の電位差が発生する。すなわち、光電変換セルに逆方向のバイアス電圧が印加されることになり、このセルは発熱するようになる。このような状況をホットスポットと呼んでいる。このホットスポットの現象が発生し、光電変換セルの温度が上昇し続けると、最悪の場合、この光電変換セルは破壊して光電変換モジュールから所定の電気出力を取り出すことができなくなる。   In the photoelectric conversion device, a plurality of photoelectric conversion cells are connected in series and parallel so that a practical electrical output can be taken out. Specifically, a photoelectric conversion module is formed by connecting a plurality of photoelectric conversion cells and enclosing with a filler mainly composed of a translucent substrate and an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA). When such a photoelectric conversion module is installed outdoors, when power generation becomes insufficient, such as when a certain photoelectric conversion cell in the photoelectric conversion module becomes a shadow, the photoelectric conversion cell It becomes. At this time, a potential difference of the product of the resistance value and the flowing current is generated in both electrodes of the photoelectric conversion cell. That is, a reverse bias voltage is applied to the photoelectric conversion cell, and the cell generates heat. Such a situation is called a hot spot. If the phenomenon of this hot spot occurs and the temperature of the photoelectric conversion cell continues to rise, in the worst case, the photoelectric conversion cell is destroyed, and a predetermined electric output cannot be taken out from the photoelectric conversion module.

そこで、ホットスポットによる光電変換モジュールの損傷を防ぐために、光電変換セルに正常時の出力に対して逆バイアスとなるようにバイパスダイオードを接続する方法が採用されている。バイパスダイオードを設けることによって、どこかの光電変換セルが陰になって発電量が落ちた場合であってもその部分を回避してバイパスダイオードを介して電流が流れるので、陰部分の影響が回路全体には及ぶことがなくなる。   Therefore, in order to prevent damage to the photoelectric conversion module due to hot spots, a method of connecting a bypass diode to the photoelectric conversion cell so as to be reverse-biased with respect to the normal output is employed. By providing a bypass diode, even if a photoelectric conversion cell somewhere is in the shade and the amount of power generation falls, the current flows through the bypass diode avoiding that portion, so the influence of the shaded part is affected by the circuit It will not extend to the whole.

例えば、基板の主面上に形成され且つ直列接続された複数の薄膜光電変換セルと、複数の薄膜光電変換セルの直列接続された各々のn個とそれぞれ並列接続された複数のバイパスダイオードとを備え、個数nと各薄膜光電変換セルの逆方向耐電圧Vaと各薄膜光電変換セルの所定条件下での開放電圧Vbとが不等式n≦Va/Vb+1の関係を満たすように構成する技術が開示されている(特許文献1参照)。 For example, a plurality of thin film photoelectric conversion cells formed on the main surface of the substrate and connected in series, and a plurality of thin film photoelectric conversion cells connected in series and a plurality of bypass diodes connected in parallel, respectively. And the number n, the reverse withstand voltage V a of each thin film photoelectric conversion cell, and the open circuit voltage V b of each thin film photoelectric conversion cell satisfy a relationship of inequality n ≦ V a / V b +1. A technology to be configured is disclosed (see Patent Document 1).

また、バイパスダイオードとしてチップダイオードを適用し、半田ペーストによりリード端子である銅箔にチップダイオードを接続する構成が開示されている。ここで、半田ペーストには半田よりも高導電性の導電性粒子を混在させることが好適であるとされている(特許文献2参照)。   Also disclosed is a configuration in which a chip diode is applied as a bypass diode and the chip diode is connected to a copper foil as a lead terminal by solder paste. Here, it is said that it is preferable to mix conductive particles having higher conductivity than solder in the solder paste (see Patent Document 2).

特開2001−68696号公報JP 2001-68696 A 特開平9−82865号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-82865

ところで、上記従来の光電変換装置では、多数の光電変換セルが直並列に接続されており、光電変換セルに対してディスクリートにバイパスダイオードを配置し、電気的に接続する処理が必要とされる。   By the way, in the said conventional photoelectric conversion apparatus, many photoelectric conversion cells are connected in series and parallel, and the process which arrange | positions a bypass diode discretely with respect to a photoelectric conversion cell, and is electrically connected is required.

ここで、バイパスダイオードを光電変換装置の外部に配置すると、光電変換モジュールとしての設置面積が大きくなり、設置面積当りの発電効率を低下させる原因となる。そこで、光電変換装置の特性を劣化させることなくバイパスダイオードを光電変換領域内に配置する構成を実現することが望まれている。   Here, when the bypass diode is arranged outside the photoelectric conversion device, the installation area as the photoelectric conversion module is increased, which causes a decrease in power generation efficiency per installation area. Therefore, it is desired to realize a configuration in which the bypass diode is arranged in the photoelectric conversion region without deteriorating the characteristics of the photoelectric conversion device.

本発明の1つの態様は、基板上に薄膜半導体層を含む光電変換セルを複数直列接続してなる光電変換ユニットが形成された光電変換装置であって、光電変換ユニットが形成された領域内において、光電変換セルが導電性テープからなる電極を介して複数のバイパスダイオードに接続されている、光電変換装置である。   One aspect of the present invention is a photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion unit in which a plurality of photoelectric conversion cells including a thin film semiconductor layer are connected in series is formed on a substrate, and in the region where the photoelectric conversion unit is formed. A photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion cell is connected to a plurality of bypass diodes via electrodes made of conductive tape.

本発明によれば、設置面積当りの発電効率を低下させることなく、バイパスダイオードを光電変換装置に設けることができる。   According to the present invention, the bypass diode can be provided in the photoelectric conversion device without reducing the power generation efficiency per installation area.

本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における光電変換ユニットの構造を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the photoelectric conversion unit in embodiment of this invention.

本発明の実施の形態における光電変換装置100は、図1の平面図及び図2〜図4の断面図に示すように、基板10、光電変換ユニット102、絶縁部材104、タブ電極106、107、取出電極108、絶縁部材110、バイパス電極112、バイパスダイオード114、バックシート116、充填材118及び端子ボックス120を含んで構成される。なお、図1は、光電変換装置100の構成を明確に示すためにバックシート116及び充填材118を透して構造を示した図である。図2は、図1におけるラインa−aに沿った断面図であり、図3は、図1におけるラインb−bに沿った断面図であり、図4は、図1におけるラインc−cに沿った断面図である。   As shown in the plan view of FIG. 1 and the cross-sectional views of FIGS. 2 to 4, the photoelectric conversion device 100 in the embodiment of the present invention includes a substrate 10, a photoelectric conversion unit 102, an insulating member 104, tab electrodes 106, 107, The lead electrode 108, the insulating member 110, the bypass electrode 112, the bypass diode 114, the back sheet 116, the filler 118, and the terminal box 120 are configured. FIG. 1 is a view showing the structure through the back sheet 116 and the filler 118 in order to clearly show the configuration of the photoelectric conversion device 100. 2 is a cross-sectional view taken along line aa in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line bb in FIG. 1, and FIG. 4 is taken along line cc in FIG. FIG.

光電変換ユニット102は、図5の拡大断面図に示すように、基板10上に形成される。基板10を光入射側として、光入射側から、透明電極層12、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン光電変換ユニット(a−Siユニット)14、中間層16、ボトムセルとしてa−Siユニット14よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン光電変換ユニット(μc−Siユニット)18及び裏面電極層20を積層した構造を有する。なお、本実施の形態では、a−Siユニット14及びμc−Siユニット18を積層したタンデム型光電変換装置を例に説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、a−Siユニット14及びμc−Siユニット18のいずれかのみを用いたシングル型光電変換装置やさらに他種の光電変換ユニットを適用した光電変換装置であってもよい。   The photoelectric conversion unit 102 is formed on the substrate 10 as shown in the enlarged sectional view of FIG. With the substrate 10 as the light incident side, from the light incident side, the transparent electrode layer 12, the amorphous silicon photoelectric conversion unit (a-Si unit) 14 having a wide band gap as the top cell, the intermediate layer 16, and the a-Si unit 14 as the bottom cell. It has a structure in which a microcrystalline silicon photoelectric conversion unit (μc-Si unit) 18 and a back electrode layer 20 having a narrower band gap are stacked. In this embodiment, a tandem photoelectric conversion device in which the a-Si unit 14 and the μc-Si unit 18 are stacked will be described as an example. However, the scope of the present invention is not limited to this, A single-type photoelectric conversion device using only one of the a-Si unit 14 and the μc-Si unit 18 or a photoelectric conversion device to which another type of photoelectric conversion unit is applied may be used.

基板10は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用することができる。基板10上に透明電極層12が形成される。透明電極層12は、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等に錫(Sn)、アンチモン(Sb)、フッ素(F)、アルミニウム(Al)等をドープした透明導電性酸化物(TCO)のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛(ZnO)は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。透明電極層12は、例えば、スパッタリング法又はCVD法等により形成することができる。 For the substrate 10, for example, a material having transparency in at least the visible light wavelength region, such as a glass substrate or a plastic substrate, can be applied. A transparent electrode layer 12 is formed on the substrate 10. The transparent electrode layer 12 is doped with tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), etc. with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), etc. It is preferable to use at least one or a combination of a plurality of transparent conductive oxides (TCO). In particular, zinc oxide (ZnO) is preferable because it has high translucency, low resistivity, and excellent plasma resistance. The transparent electrode layer 12 can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method.

光電変換装置100を複数のセルを直列に接続した構成とする場合、図1、図2及び図4に示すように、透明導電層12に基板10の表面が露出するスリットS1を形成し、透明導電層12が短冊状となるようにパターニングする。また、図1の平面図に示すように、スリットS1の延設方向に交差する方向に基板10の表面が露出するスリットS2を形成し、直列接続される複数の光電変換セル群が並列に並ぶ構成としてもよい。例えば、波長1064nm、エネルギー密度13J/cm2、パルス周波数3kHzのYAGレーザを用いて透明電極層12を短冊状にパターニングすることができる。 When the photoelectric conversion device 100 has a configuration in which a plurality of cells are connected in series, a slit S1 in which the surface of the substrate 10 is exposed is formed in the transparent conductive layer 12 as shown in FIGS. Patterning is performed so that the conductive layer 12 has a strip shape. Further, as shown in the plan view of FIG. 1, a slit S2 in which the surface of the substrate 10 is exposed is formed in a direction intersecting the extending direction of the slit S1, and a plurality of series-connected photoelectric conversion cell groups are arranged in parallel. It is good also as a structure. For example, the transparent electrode layer 12 can be patterned into a strip shape using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 13 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.

透明電極層12上に、p型層、i型層、n型層のシリコン系薄膜を順に積層してa−Siユニット14を形成する。a−Siユニット14は、シラン(SiH4)、ジシラン(Si26)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガス、メタン(CH4)等の炭素含有ガス、ジボラン(B26)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH3)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H2)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法(CVD法)により形成することができる。プラズマCVD法は、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。 An a-Si unit 14 is formed by sequentially laminating a p-type layer, an i-type layer, and an n-type silicon thin film on the transparent electrode layer 12. The a-Si unit 14 includes a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), a carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2 H). 6 ) Plasma chemical vapor deposition in which a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas, such as phosphine (PH 3 ), and a mixed gas, such as phosphine (PH 3 ), and a diluent gas, such as hydrogen (H 2 ), is converted into plasma. It can be formed by the method (CVD method). As the plasma CVD method, for example, an RF plasma CVD method of 13.56 MHz is preferably applied.

a−Siユニット14上に、中間層16を形成する。中間層16は、酸化亜鉛(ZnO)、酸化シリコン(SiOx)等の透明導電性酸化物(TCO)を用いることが好適である。特に、マグネシウム(Mg)がドープされた酸化亜鉛(ZnO)や酸化シリコン(SiOx)を用いることが好適である。中間層16は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層16の膜厚は10nm以上200nm以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層16は、設けなくてもよい。   An intermediate layer 16 is formed on the a-Si unit 14. The intermediate layer 16 is preferably made of a transparent conductive oxide (TCO) such as zinc oxide (ZnO) or silicon oxide (SiOx). In particular, it is preferable to use zinc oxide (ZnO) or silicon oxide (SiOx) doped with magnesium (Mg). The intermediate layer 16 can be formed by, for example, sputtering. The thickness of the intermediate layer 16 is preferably in the range of 10 nm to 200 nm. The intermediate layer 16 need not be provided.

中間層16上に、p型層、i型層、n型層を順に積層したμc−Siユニット18を形成する。μc−Siユニット18は、シラン(SiH4)、ジシラン(Si26)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)等のシリコン含有ガス、メタン(CH4)等の炭素含有ガス、ジボラン(B26)等のp型ドーパント含有ガス、フォスフィン(PH3)等のn型ドーパント含有ガス及び水素(H2)等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマCVD法により形成することができる。プラズマCVD法は、a−Siユニット14と同様に、例えば、13.56MHzのRFプラズマCVD法を適用することが好適である。 On the intermediate layer 16, a μc-Si unit 18 in which a p-type layer, an i-type layer, and an n-type layer are stacked in this order is formed. The μc-Si unit 18 includes silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), carbon-containing gas such as methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ) formed by a plasma CVD method in which a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and a dilute gas such as phosphine (PH 3 ) and hydrogen (H 2 ) is formed into a plasma. can do. As with the a-Si unit 14, for example, a 13.56 MHz RF plasma CVD method is preferably applied to the plasma CVD method.

複数の光電変換セルを直列接続する場合、図1、図2及び図4に示すように、a−Siユニット14、中間層16及びμc−Siユニット18を短冊状にパターニングする。透明導電層12を分断するスリットS1のパターンニング位置から50μm程度横の位置にスリットS1に沿って平行にYAGレーザを照射してスリットS3を形成し、a−Siユニット14、中間層16及びμc−Siユニット18を短冊状にパターニングする。YAGレーザは、例えば、エネルギー密度0.7J/cm3、パルス周波数3kHzのものを用いることが好適である。 When a plurality of photoelectric conversion cells are connected in series, the a-Si unit 14, the intermediate layer 16, and the μc-Si unit 18 are patterned into strips as shown in FIGS. 1, 2, and 4. A slit S3 is formed by irradiating the YAG laser in parallel along the slit S1 at a position about 50 μm from the patterning position of the slit S1 for dividing the transparent conductive layer 12, and the a-Si unit 14, the intermediate layer 16 and μc are formed. -The Si unit 18 is patterned into a strip shape. For example, a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 3 and a pulse frequency of 3 kHz is preferably used.

μc−Siユニット18上に、裏面電極層20を形成する。裏面電極層20は、透明導電性酸化物(TCO)と反射性金属とを順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物(TCO)としては、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、インジウム錫酸化物(ITO)等の透明導電性酸化物(TCO)、又は、これらの透明導電性酸化物(TCO)に不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛(ZnO)にアルミニウム(Al)を不純物としてドープしたものでもよい。また、反射性金属としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等の金属が使用できる。透明導電性酸化物(TCO)は、例えば、スパッタリング法又はCVD法等により形成することができる。裏面電極層20は、合わせて1μm程度の膜厚とすることが好適である。裏面電極層20の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸を設けることが好適である。 A back electrode layer 20 is formed on the μc-Si unit 18. The back electrode layer 20 preferably has a structure in which a transparent conductive oxide (TCO) and a reflective metal are sequentially laminated. As the transparent conductive oxide (TCO), a transparent conductive oxide (TCO) such as tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), or these transparent conductive oxides A material (TCO) doped with impurities is used. For example, zinc oxide (ZnO) doped with aluminum (Al) as an impurity may be used. Moreover, as a reflective metal, metals, such as silver (Ag) and aluminum (Al), can be used. The transparent conductive oxide (TCO) can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method. The back electrode layer 20 is preferably about 1 μm in total. It is preferable that at least one of the back electrode layers 20 is provided with unevenness for enhancing the light confinement effect.

複数のセルを直列接続する場合、図1、図2及び図4に示すように、a−Siユニット14、中間層16、μc−Siユニット18及び裏面電極層20を短冊状にパターニングする。スリットS3のパターンニング位置から50μm程度横の位置にスリットS1,S3に沿って平行にYAGレーザを照射してスリットS4を形成し、a−Siユニット14、中間層16、μc−Siユニット18及び裏面電極層20を短冊状にパターニングする。YAGレーザは、エネルギー密度0.7J/cm3、パルス周波数4kHzのものを用いることが好適である。 When a plurality of cells are connected in series, the a-Si unit 14, the intermediate layer 16, the μc-Si unit 18, and the back electrode layer 20 are patterned into strips as shown in FIGS. 1, 2, and 4. A slit S4 is formed by irradiating a YAG laser parallel to the slits S1 and S3 at a position about 50 μm from the patterning position of the slit S3 to form the a-Si unit 14, the intermediate layer 16, the μc-Si unit 18, and The back electrode layer 20 is patterned into a strip shape. A YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 3 and a pulse frequency of 4 kHz is preferably used.

これにより、スリットS3に埋め込まれた裏面電極層20を介して1つの光電変換セルの裏面電極層20が隣り合う光電変換セルの透明電極層12に電気的に接続され、隣り合う光電変換セル同士が直列に接続された構造となる。   Thereby, the back electrode layer 20 of one photoelectric conversion cell is electrically connected to the transparent electrode layer 12 of the adjacent photoelectric conversion cell via the back electrode layer 20 embedded in the slit S3, and the adjacent photoelectric conversion cells are connected to each other. Are connected in series.

さらに、図1に示すように、スリットS2に重ねるようにYAGレーザを照射してスリットS5を形成し、a−Siユニット14、中間層16、μc−Siユニット18及び裏面電極層20を除去して光電変換セルを並列に分離する。スリットS5の幅はスリットS2の幅よりも狭くすることが好適である。また、スリットS5は、スリットS4と同じ条件で形成することができる。   Further, as shown in FIG. 1, the slit S5 is formed by irradiating the YAG laser so as to overlap the slit S2, and the a-Si unit 14, the intermediate layer 16, the μc-Si unit 18 and the back electrode layer 20 are removed. The photoelectric conversion cells are separated in parallel. The width of the slit S5 is preferably narrower than the width of the slit S2. The slit S5 can be formed under the same conditions as the slit S4.

また、図2に示すように、光電変換装置100の周辺部dにおいて基板10の表面が露出するように透明導電層12、a−Siユニット14、中間層16、μc−Siユニット18及び裏面電極層20を除去してもよい。これにより、光電変換装置100に支持枠等を取り付けた際に、支持枠との電気的な絶縁を確実なものとすることができる。   Further, as shown in FIG. 2, the transparent conductive layer 12, the a-Si unit 14, the intermediate layer 16, the μc-Si unit 18, and the back electrode so that the surface of the substrate 10 is exposed in the peripheral portion d of the photoelectric conversion device 100. Layer 20 may be removed. Thereby, when attaching a support frame etc. to the photoelectric conversion apparatus 100, electrical insulation with a support frame can be ensured.

図1に示すように、タブ電極106は、光電変換装置100の両端部において、スリットS5によって並列に分割された光電変換セル群を電気的に並列に接続するように配設される。タブ電極106は、スリットS4と平行な方向に形成される。タブ電極106は、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等の導電性金属を含む材料により構成することができる。例えば、銅(Cu)からなる芯線の表面を半田により被覆(メッキ)した構造とすることが好適である。   As shown in FIG. 1, the tab electrode 106 is disposed at both ends of the photoelectric conversion device 100 so as to electrically connect the photoelectric conversion cell groups divided in parallel by the slits S5 in parallel. The tab electrode 106 is formed in a direction parallel to the slit S4. The tab electrode 106 can be made of a material containing a conductive metal such as copper (Cu), silver (Ag), or aluminum (Al). For example, a structure in which the surface of a core wire made of copper (Cu) is coated (plated) with solder is suitable.

図1、図2及び図4に示すように、タブ電極106は、光電変換装置100の両端部において、直列接続された複数の光電変換セルの裏面電極層20と電気的に接続されるように形成される。タブ電極106は、光電変換装置100において発電された電力を取出電極108へ集電するために設けられる。   As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the tab electrode 106 is electrically connected to the back electrode layer 20 of a plurality of photoelectric conversion cells connected in series at both ends of the photoelectric conversion device 100. It is formed. The tab electrode 106 is provided for collecting the electric power generated in the photoelectric conversion apparatus 100 to the extraction electrode 108.

タブ電極106は、発電に寄与しない領域(無効領域)の光電変換セルの上に形成される。タブ電極106は、超音波半田コテを用いて導電性金属を溶融させ、透明電極層12に到達させることにより透明電極層12に接合される。   The tab electrode 106 is formed on a photoelectric conversion cell in a region (ineffective region) that does not contribute to power generation. The tab electrode 106 is bonded to the transparent electrode layer 12 by melting the conductive metal using an ultrasonic soldering iron and reaching the transparent electrode layer 12.

取出電極108は、図1及び図4に示すように、タブ電極106を端子ボックス120へ電気的に接続するために設けられる。取出電極108は、スリットS2及びS5に沿った方向に、タブ電極106から端子ボックス120に亘って形成される。絶縁部材104は、直列に接続された複数の光電変換セルが取出電極108に接触しないように取出電極108を形成する領域下に形成される。取出電極108は絶縁部材104上に配設され、後述するタブ電極107は絶縁部材104下に配設される。絶縁部材104は、例えば、絶縁性材料からなるテープ状、フィルム状又はシート状の部材とすることが好適である。   The extraction electrode 108 is provided for electrically connecting the tab electrode 106 to the terminal box 120 as shown in FIGS. 1 and 4. The extraction electrode 108 is formed from the tab electrode 106 to the terminal box 120 in the direction along the slits S2 and S5. The insulating member 104 is formed under a region where the extraction electrode 108 is formed so that a plurality of photoelectric conversion cells connected in series do not contact the extraction electrode 108. The extraction electrode 108 is disposed on the insulating member 104, and a tab electrode 107 described later is disposed below the insulating member 104. The insulating member 104 is preferably a tape-like, film-like or sheet-like member made of an insulating material, for example.

タブ電極107は、図1及び図2に示すように、両端部のタブ電極106間において、複数のバイパスダイオード114を並列接続するように配設される。タブ電極107は、両端部のタブ電極106間において直列に接続された複数の光電変換セルの所定数毎に設置される。タブ電極107は、タブ電極106と同様に、並列に配置された光電変換セル群を電気的に並列に接続するように配設される。スリットS4と平行な方向に形成される。タブ電極107は、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等の導電性金属を含む材料により構成することができる。例えば、銅(Cu)からなる芯線の表面を半田により被覆(メッキ)した構造とすることが好適である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the tab electrode 107 is disposed between the tab electrodes 106 at both ends so that a plurality of bypass diodes 114 are connected in parallel. The tab electrode 107 is installed for every predetermined number of the plurality of photoelectric conversion cells connected in series between the tab electrodes 106 at both ends. As with the tab electrode 106, the tab electrode 107 is disposed so as to electrically connect the photoelectric conversion cell groups arranged in parallel. It is formed in a direction parallel to the slit S4. The tab electrode 107 can be made of a material containing a conductive metal such as copper (Cu), silver (Ag), or aluminum (Al). For example, a structure in which the surface of a core wire made of copper (Cu) is coated (plated) with solder is suitable.

タブ電極107は、発電に寄与する領域(有効領域)の光電変換セルの上に形成される。タブ電極107は、図1、図3及び図4に示すように、両端部のタブ電極106間において、直列に接続された複数の光電変換セルの裏面電極層20と電気的に接続されるように形成される。タブ電極107は、ホットスポット現象が生じた際に、バイパスダイオード114に電力を集電するために設けられる。   The tab electrode 107 is formed on a photoelectric conversion cell in a region (effective region) that contributes to power generation. As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the tab electrode 107 is electrically connected to the back electrode layer 20 of the plurality of photoelectric conversion cells connected in series between the tab electrodes 106 at both ends. Formed. The tab electrode 107 is provided to collect power in the bypass diode 114 when a hot spot phenomenon occurs.

また、タブ電極107は、導電性粘着層107a及び導電箔107bを積層した導電性テープとすることが好適である。導電性粘着層107aは、例えば、アクリル系の粘着性樹脂を適用することができる。導電箔107bは、例えば、錫メッキされた銅箔等を適用することができる。ただし、これらに限定されるものではない。また、タブ電極107は、導電性粒子を含む導電性粘着層107a及び導電箔107bを積層した導電性テープとしてもよい。この場合、タブ電極107を貼り付けた後、熱処理を施すことにより導電性粘着層107a内の樹脂を硬化させる。ただし、これらに限定されるものではない。   The tab electrode 107 is preferably a conductive tape in which a conductive adhesive layer 107a and a conductive foil 107b are laminated. For example, an acrylic adhesive resin can be applied to the conductive adhesive layer 107a. As the conductive foil 107b, for example, a tin-plated copper foil or the like can be used. However, it is not limited to these. The tab electrode 107 may be a conductive tape in which a conductive adhesive layer 107a containing conductive particles and a conductive foil 107b are laminated. In this case, after the tab electrode 107 is attached, the resin in the conductive adhesive layer 107a is cured by performing a heat treatment. However, it is not limited to these.

なお、タブ電極106及び取出電極108も導電性粘着層106a、108a及び導電箔106b、108bを積層した導電性テープとしてもよい。   The tab electrode 106 and the extraction electrode 108 may also be a conductive tape in which the conductive adhesive layers 106a and 108a and the conductive foils 106b and 108b are laminated.

ハンダ材で構成したタブ電極107を超音波ハンダで裏面電極層20に接続する方法等を用いた場合、接続された光電変換セルの特性が劣化するおそれがあるが、タブ電極107として導電性テープを用いることによって光電変換セルの特性を劣化させることなくバイパス回路を設けることができる。   When a method of connecting the tab electrode 107 made of solder material to the back electrode layer 20 with ultrasonic soldering or the like is used, the characteristics of the connected photoelectric conversion cell may be deteriorated. By using this, a bypass circuit can be provided without deteriorating the characteristics of the photoelectric conversion cell.

絶縁部材110は、光電変換セルがバイパス電極112に接触しないようにバイパス電極112を形成する領域下に形成される。絶縁部材110は、例えば、絶縁性材料からなるテープ状、フィルム状又はシート状の部材とすることが好適である。絶縁部材110は、光電変換装置100の裏面電極層20上に光電変換セルの直列接続方向に沿って、すなわちスリットS2及びS5に沿った方向に延設される。   The insulating member 110 is formed under a region where the bypass electrode 112 is formed so that the photoelectric conversion cell does not contact the bypass electrode 112. The insulating member 110 is preferably a tape-like, film-like or sheet-like member made of an insulating material, for example. The insulating member 110 extends on the back electrode layer 20 of the photoelectric conversion device 100 along the serial connection direction of the photoelectric conversion cells, that is, in the direction along the slits S2 and S5.

バイパスダイオード114は、タブ電極106、107間又は隣り合うタブ電極107間の絶縁部材110上に配置される。バイパスダイオード114は、光電変換装置100にホットスポットが発生した場合に光電変換セルの破損を防ぐために設けられる。バイパスダイオード114は、例えば、表裏面にカソード及びアノードの電極を有する薄型のチップダイオード等を適用することができる。バイパスダイオード114は、光電変換セルが正常に発電している状態において、電圧が逆バイアスの状態で印加されるようにバイパス電極112によって光電変換セルに接続される。すなわち、バイパスダイオード114のアノード及びカソードは、バイパス電極112によって隣り合うタブ電極106、107にそれぞれ接続される。バイパス電極112とバイパスダイオード114との接続は、一般的なハンダ付けでもよいし、バックシート116及び充填材118を用いた封止による機械的な圧着でもよい。   The bypass diode 114 is disposed on the insulating member 110 between the tab electrodes 106 and 107 or between the adjacent tab electrodes 107. The bypass diode 114 is provided to prevent damage to the photoelectric conversion cell when a hot spot occurs in the photoelectric conversion device 100. As the bypass diode 114, for example, a thin chip diode having cathode and anode electrodes on the front and back surfaces can be applied. The bypass diode 114 is connected to the photoelectric conversion cell by the bypass electrode 112 so that the voltage is applied in a reverse bias state in a state where the photoelectric conversion cell is normally generating power. That is, the anode and cathode of the bypass diode 114 are connected to the adjacent tab electrodes 106 and 107 by the bypass electrode 112, respectively. The connection between the bypass electrode 112 and the bypass diode 114 may be performed by general soldering or mechanical crimping by sealing using the back sheet 116 and the filler 118.

なお、バイパス電極112も導電性粘着層112a及び導電箔112bを積層した導電性テープとしてもよい。   The bypass electrode 112 may also be a conductive tape in which a conductive adhesive layer 112a and a conductive foil 112b are laminated.

また、本実施の形態では、バイパス電極112とバイパスダイオード114とを含むバイパス回路は同一直線上に形成したが、各バイパス電極112とバイパスダイオード114との位置を同一直線上からずらして配置してもよい。   In the present embodiment, the bypass circuit including the bypass electrode 112 and the bypass diode 114 is formed on the same straight line. However, the positions of the bypass electrodes 112 and the bypass diode 114 are shifted from the same straight line. Also good.

さらに、充填材118によって光電変換装置100の表面をバックシート116で覆って封止する。充填材118及びバックシート116は、EVA、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。また、バックシート116は、ガラス板等としてもよい。充填材118を塗布した裏面電極層20上をバックシート116で覆い、150℃程度の温度に加熱しつつ裏面電極層20へ向かってバックシート116に圧力を加えることによって封止を行うことができる。これによって、光電変換装置100の発電層への水分の侵入等を防ぐことができる。   Further, the surface of the photoelectric conversion device 100 is covered with a back sheet 116 and sealed with a filler 118. The filler 118 and the back sheet 116 can be made of a resin material such as EVA or polyimide. Further, the back sheet 116 may be a glass plate or the like. Sealing can be performed by covering the back electrode layer 20 coated with the filler 118 with the back sheet 116 and applying pressure to the back sheet 116 toward the back electrode layer 20 while heating to a temperature of about 150 ° C. . This can prevent moisture from entering the power generation layer of the photoelectric conversion device 100.

以上のように、本実施の形態における光電変換装置100では、光電変換ユニットが形成された領域内にタブ電極107、バイパス電極112及びバイパスダイオード114を含むバイパス回路が配置されている。光電変換ユニットが形成された領域外にバイパスダイオード114を配置しないことにより、光電変換装置100としての設置面積当りの発電効率を向上させることができる。   As described above, in the photoelectric conversion device 100 according to the present embodiment, the bypass circuit including the tab electrode 107, the bypass electrode 112, and the bypass diode 114 is arranged in the region where the photoelectric conversion unit is formed. By not arranging the bypass diode 114 outside the region where the photoelectric conversion unit is formed, the power generation efficiency per installation area as the photoelectric conversion device 100 can be improved.

また、絶縁部材104、取出電極108を含む配線部と、バイパス電極112、バイパスダイオード114を含むバイパス回路とを光電変換装置100の片側に寄せて配置した場合、これらが設けられていない領域との間に段差が生じ、バックシート116の基板10に対する傾きが大きくなる。このような傾きは、光電変換装置100に掛る応力を不均一にし、破損や劣化の原因となるおそれがある。そこで、バイパス回路は、配線部を設けた領域(図1における上部領域)に対して光電変換装置100の中心線Xを挟んだ反対側の領域(図1における下部領域)に設けることが好適である。このような配置とすることによって、配線部による段差とバイパス回路による段差とによって、バックシート116を基板10に対してより平行にバランスさせて設けることができる。   Further, when the wiring portion including the insulating member 104 and the extraction electrode 108 and the bypass circuit including the bypass electrode 112 and the bypass diode 114 are arranged close to one side of the photoelectric conversion device 100, the region where these are not provided A step is generated between them, and the inclination of the back sheet 116 with respect to the substrate 10 increases. Such inclination makes the stress applied to the photoelectric conversion device 100 non-uniform and may cause damage or deterioration. Therefore, the bypass circuit is preferably provided in a region (a lower region in FIG. 1) on the opposite side of the center line X of the photoelectric conversion device 100 with respect to a region (an upper region in FIG. 1) where the wiring portion is provided. is there. With such an arrangement, the back sheet 116 can be provided in a more balanced manner with respect to the substrate 10 by the step due to the wiring portion and the step due to the bypass circuit.

また、図1に示すように、各バイパスダイオード114が設置された場所の反対側の位置にまでタブ電極107を延設することで、ホットスポット現象が生じて所定のバイパスダイオード114を使用する場合でも、そのバイパスダイオード114への電流の取り出しを低抵抗で行うことができる。   In addition, as shown in FIG. 1, when the tab electrode 107 is extended to a position opposite to the place where each bypass diode 114 is installed, a hot spot phenomenon occurs and a predetermined bypass diode 114 is used. However, current extraction to the bypass diode 114 can be performed with low resistance.

10 基板、12 透明電極層、14 a−Siユニット、16 中間層、18 μc−Siユニット、20 裏面電極層、100 光電変換装置、102 光電変換ユニット、104 絶縁部材、106 タブ電極、106a 導電性粘着層、106b 導電箔、107 タブ電極、107a 導電性粘着層、107b 導電箔、108 取出電極、108a 導電性粘着層、108b 導電箔、110 絶縁部材、112 バイパス電極、112a 導電性粘着層、112b 導電箔、114 バイパスダイオード、116 バックシート、118 充填材、120 端子ボックス。   10 Substrate, 12 Transparent electrode layer, 14 a-Si unit, 16 Intermediate layer, 18 μc-Si unit, 20 Back electrode layer, 100 Photoelectric conversion device, 102 Photoelectric conversion unit, 104 Insulating member, 106 Tab electrode, 106a Conductivity Adhesive layer, 106b Conductive foil, 107 Tab electrode, 107a Conductive adhesive layer, 107b Conductive foil, 108 Extraction electrode, 108a Conductive adhesive layer, 108b Conductive foil, 110 Insulating member, 112 Bypass electrode, 112a Conductive adhesive layer, 112b Conductive foil, 114 bypass diode, 116 backsheet, 118 filler, 120 terminal box.

Claims (4)

基板上に薄膜半導体層を含む光電変換セルを複数直列接続してなる光電変換ユニットが形成された光電変換装置であって、
前記光電変換ユニットが形成された領域内において、前記光電変換セルが導電性テープからなる電極を介して複数のバイパスダイオードに接続されていることを特徴とする光電変換装置。
A photoelectric conversion device having a photoelectric conversion unit formed by connecting a plurality of photoelectric conversion cells including a thin film semiconductor layer in series on a substrate,
The photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion cell is connected to a plurality of bypass diodes through an electrode made of a conductive tape in a region where the photoelectric conversion unit is formed.
請求項1に記載の光電変換装置であって、
前記バイパスダイオードは、所定数の前記光電変換セル毎に設置され、前記光電変換ユニット内で並列接続されていることを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1,
The bypass diode is installed for every predetermined number of the photoelectric conversion cells, and is connected in parallel in the photoelectric conversion unit.
請求項1又は2に記載の光電変換装置であって、
前記導電性テープは、前記光電変換セルの直列接続方向と交差する方向に沿って延在して設けられ、前記光電変換セルの裏面電極層と接続されていることを特徴とする光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein
The said electroconductive tape is extended and provided along the direction which cross | intersects the serial connection direction of the said photoelectric conversion cell, and is connected with the back surface electrode layer of the said photoelectric conversion cell, The photoelectric conversion apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換装置であって、
前記バイパスダイオードを含むバイパス回路は、電力を外部へ取り出すための端子ボックスへ繋がるタブ電極を設けた領域に対して光電変換装置の中心線を挟んだ反対側の領域に配置されていることを特徴とする光電変換装置。
It is a photoelectric conversion device given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The bypass circuit including the bypass diode is arranged in a region on the opposite side of the center line of the photoelectric conversion device with respect to a region provided with a tab electrode connected to a terminal box for taking out power to the outside. A photoelectric conversion device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021090029A (en) * 2019-12-06 2021-06-10 日産自動車株式会社 Multi-junction solar cell

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